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1、,水平井分段压裂设计与施工,汇 报 提 纲,一、水平井分段压裂技术发展现状与进展 二、水平井分段压裂优化设计 三、水平井分段压裂工艺技术,四、水平井分段压裂工艺配套及现场施工,水平钻井比现代石油工业的历史还要长。早在200年前， 英国在煤层中钻了一口水平井，以求从其中找油，随后于 1780年和1840年间进行生产。20世纪初，美国和德国开始采 用这种技术，1929年，美国在得克萨斯州钻了第一口真正的 水平井。该井仅于1000米深处从井筒横向向外延伸了8米。 由于工业上采用了水力压裂作为油层增产的有效技术措施， 使水平井钻井停滞不前。例如，苏联和中国在50年代和60年 代就已开始钻水平井，但直到
2、1979年才又重新起。,国外水平井压裂发展历程,1985 Ciger第一个论及水平井压裂问题，他指出：水平井是开发 非均值油藏的一种好方法。只要固井技术一旦达到工业化应用，水 平井压裂的设想就会实施。,1987年，Cigerc 给出了水平井与直井当量半径，用以作为打水,平井的经济界限。,1992年，Brown指出压裂效果最好的是北海 Danish油田，该油田 一共打了 1O口水平井，每口水平井开始压裂5条裂缝，后来最多压 到1O条，实践证明压裂对水平井的增产是十分有效的。但同时指出， 并非所有水平井的压裂都是有效的。,90年代初，分段压裂技术主要采用液体胶塞隔离分段压裂,国内水平井压裂发展历程
3、,“八五”期间，大庆树平1井和茂平1井限流分段压裂；,长庆自90年代起采用液体胶塞隔离分段压裂在7口井17层段成功应用； 2004年长庆、吉林开始采用机械工具分段压裂改造在5口井进行了分,段改造,2005年，长庆引进国外水力喷射压裂技术,2008年起，大庆、西南油气分公司、川局等引进管内、管外多级分段 压裂技术、中石化西南油气分公司滑套式水力喷射分段压裂技术 2008-2009年西南油气分公司研发成功套管不动管柱滑套多级分段压,裂技术、长庆双封隔器、吉林单封隔器,2010年川庆井下研发成功裸眼不动管柱滑套多级分段压裂技术 2011年国内水平井分段压裂迅猛开展。,水平井压裂有效性,针对高渗透油气
4、藏及非常规油气层 (含煤层 、石灰岩层与页岩层)，,水平井技术的应用成功率很高,在致密砂岩气藏，水平井压裂的应用成功率相对较低,对一个油气藏 ，水平井施工成本比直井高24倍，而其理论产量是后 者的35倍 ，油气价格上升时 ，水平井的经济效果更明显。然而矿藏资 料表明，一部分水平井的单井产量只是其邻近直井单井产量的110-130， 而其单井成本则是后者的200以上。,针对特定的矿藏资料还表明，没有一种通用的方法以解决所有问题。 水平井压裂技术必须针对特定的地质、工程条件，通过优化和风险控制， 取得经济效益。,需要进行水平井压裂的类型,水平井试井解释结果,需要进行压裂的水平井的类型： 有限垂向流地
5、层 天然裂缝油藏 低渗透率和孔隙度地层 低应力差地层 一定厚度，大面积稳定分布,国内水平井分段压裂技术总体应用现状,，m 水平段长,3462.,800-,水平井水平段长度 国内水平井水平段最长为 为3462.07米，整体 上水平段长度集中在800-1200米,7290,3000,8000 7000 6000 5000 4000,3462.07,2251,2010,1544,2000 1000 0,1006,挪成33/9C2,高平1,CB32,广安002H1,苏201818H,威201H1,水平井分段压裂工艺,不动管柱多级滑套封隔器分段压裂工艺,13段，新沙21-11H，砂量210.1m3，液量
6、1973.85m3,水力喷射分段压裂工艺,10段,可钻桥塞分段压裂工艺,15段，苏东13-65H2，砂量310m3，液量3800m3,TAP套管滑套完井分层压裂工艺,苏里格米37井：9段分压，砂量126.4m3，液量1672m3,双封单压分段压裂技术,15段,裸眼封隔器多级滑套分段压裂工艺,12段， 苏53-82-48H，砂量474m3，液量4400m3,猫鼬多级分段压裂工艺,8段,中国石化“十二.五”总体目标,中国石化水平井分段压裂技术发展情况,水平段2000m，分段数20段，加砂量1000m3,中国石化水平井分段压裂应用情况,西南分公司历年水平井改造效果,截止2010年10月，水平井加砂压
7、裂仅40口井左右。,截至2011年7月，仅华北油气分公司完成24口井，西南油气分公司完成18口,井。,胜利油田樊154平1井完成了裸眼封隔器12段分段压裂。,2012年，预计中国石化水平井分段压裂完井总数将突破500口。,汇 报 提 纲,一、水平井分段压裂技术发展现状与进展 二、水平井分段压裂优化设计 三、水平井分段压裂工艺技术,四、水平井分段压裂工艺配套及现场施工,水平井压裂机理,与直井压裂相比，水平井压裂更为复杂，主要表现在以下方面：,裂缝与井筒的夹角关系、裂缝条数和位置等因素都直接影响水平井的增产效果，,产量预测难度大；,多条裂缝同时延伸，裂缝间的干扰强烈、近井摩阻高、压裂模拟难度大；,
8、一 口水平井压裂相当于多口直井压裂 ，施工规模大 ，所需设备多，成本高。,不能简单的利用直井的压裂理论来指导水平井压裂。由于没有一套,成熟的理论来指导水平井的水力压裂优化设计和现场施工，使得水平井,水力压裂的成功率不高而且风险也比较大 。因此，对水平井压裂机理的,认识成为水平井压裂面临的主要问题之一。,水平井压裂可能的裂缝形态 在不同的地应力状态和井筒方位下，水平井压裂形成 的裂缝形态也不同。,水 平 井 压 裂 的 裂 缝,横向裂缝 纵向裂缝 转向裂缝 扭曲裂缝,推荐的水平井布井方向：沿着最小主应力方向！,所以在对水平井进行人工压裂设 计时应首先确定地层的最小主应力方 向，确定应力大小与方向
9、的有以下 3 种方法：用微型压裂法可以直接测定 最小主应力的大小和方向；用长源距 声波测井来估算应力的大小；用变松 弛法来估计最小主应力的大小和方 向。,单井布井方向-横切裂缝 井台布井方案-同步和交叉压裂 油气藏整体井网-整体压裂 井台、油气藏整体井网的确 定比单井更重要,水平井起裂机理,国内外的水平井压裂的现场施工中往往出现水平井压裂时破裂压力,比直井压裂时的破裂压力高得多，裂缝压不开，导致压裂失败，这些现,象表明水平井的裂缝起裂机理与垂直井、普通定向井有显著差别，水平,井压裂裂缝的起裂与水平井井筒周围的应力分布密切相关，地应力、完,井方式对裂缝的起裂和裂缝的形态都有很大的影响。研究水平井
10、裂缝起,裂机理和裂缝起裂压力，对水平井水力压裂优化设计具有重要的意义。,水平井压裂优化设计,裂缝组合及参数优化,产能预测,裂缝数量优选及缝长优化,射孔优化设计,压裂优化设计,裂缝条数,裂缝数量的优选依据产能预测和间距比确定。裂缝半,长与裂缝之间的距离之比为间距比。油藏模拟与现场实验,结果表明：在多数的条件下，由于裂缝间压力降的干扰，,水平井压裂后生产过程分为投产初期、中期与后期3个阶,段，也称为无干扰期、干扰期和拟稳压期。当间距比超过,0.6以后，产量增加逐渐变小。,裂缝长度,裂缝长度直接影响压裂施工难易程度，也影响开发效,果。裂缝太短，改造效果不好；裂缝太长，需要设备的,能力高，同时影响邻井
11、效果，若与水井连通，还将较快,见水。水平井裂缝长度主要根据产能预测结果确定。,射孔优化,确定了裂缝条数之后，根据地质条件和工艺要求选 择,适当的射孔位置、射孔数量和孔径，射孔参数要受设备能,力的限制，炮眼摩阻必须保证压开每一条裂缝。施工排量,和孔数、孔径与地层应力条件相互关联。,压裂液和支撑剂优化,水平井压裂是否成功主要取决于压裂液和支撑剂的质量 和特性。虽然在水平井中所用的压裂液和支撑剂与通常直井 所用的差别不大，但由于水平井距离传输较远，控制好支撑 剂的沉降速度就特别重要；为避免支撑剂在井筒和裂缝入口 区的沉降脱出，应采用高支撑剂携带能力的高活性交联剂压 裂液系列。如果没有条件采用较佳的压
12、裂液时，则需加大压 裂液排量，提高支撑剂的输送能力。此外，必须确定好压裂 液的破胶时间，使悬浮的支撑剂恰好保持到裂缝闭合。,裂缝组合及参数优化 产能预测模型 假设条件 上下封闭无限大均质地层，等温非 稳定渗流； 油藏和裂缝内流体为单相流，且满 足达西定律； 压裂裂缝完全穿透产层，多条裂缝 平行分布； 流体先沿裂缝壁面均匀的流入裂缝， 再由裂缝流入水平井筒；,水平井分段压裂示意图,不考虑由基质直接流入水平井筒的 渗流过程,压降计算模型 将任意一条裂缝的单翼n等份，每份 可以看成是一个点汇。利用无限大均匀地 层点汇定流量的压降公式，可以求出该点 汇对地层中任意一点（x，y）产生的压降：,),(x
13、x0)2 +(y y0)2 4t,QB 4kh,Ei(,pr p(x, y,t) =,压裂水平井产能影响因素,气藏物性特征，以新场沙溪庙组气藏为例,原始地层压力为39.150.5MPa，平均43.2MPa，地压系数为,1.712.05，平均1.92，为典型的异常高压气藏特征。,气层的原始地层温度为53.974，平均为66.8；地温梯度为 1.822.39/100m，平均地温梯度为2.15/100m，属正常地温梯度。,新场上沙溪庙组气藏岩心物性参数统计表,压裂水平井产能影响因素,气藏物性特征,以XS21-3H水平井的基础数据为例，通过对压裂水平井产量的 模拟，确定了XS21-3H井的裂缝条数、裂
14、缝长度、裂缝导流能力、裂,缝间距及其组合最优值。,新场气田上沙气藏水平井产能计算参数表,压裂水平井产能影响因素 裂缝条数对水平井单井产能的影响 右图为不同裂缝条数在生产 360天对累计产量的影响。 随着裂缝条数增加，压裂水平 井的累计产量总体上逐渐增加， 但增幅却在不断减小。 这是因为随着裂缝条数的增加， 裂缝间的距离变得更近，相互间 的干扰加重，每条裂缝的产量减 小，使得压裂水平井的累计产量 增幅减少。 660m的水平段，6-9条裂缝,裂缝条数对累计产量的影响（360天）,（缝间距80-120m）改造可实现 有效增产,压裂水平井产能影响因素 裂缝长度对水平井单井产能的影响 右图为不同裂缝半长
15、在生 产360天对累计产量的影响。 随着裂缝长度(Lf)的增加，压 裂水平井的累计产量逐渐增加， 随着裂缝长度的进一步增加， 产量的增幅变小。 根据川西新场气田上沙气藏 特征，在水平井长度为660m,的情况下，最佳裂缝半长为 80-120m。,裂缝长度对累计产量的影响（360天）,量,m3 累计产,量,压裂水平井产能影响因素 裂缝导流能力对水平井单井产能的影响,6615000 6610000 6605000 6600000 6595000,右图为不同裂缝导流能力 半长在生产360天对累计产量 的影响。 随着裂缝导流能力的增加， 压裂水平井的累计产量逐渐增 加，随着裂缝导流能力的进一,步增加，产量的增幅变小。,6590000,0,10,20,30,40,50,60,最 佳 裂 缝 导 流 能 力 为 30- 40m2cm。,裂缝导流能力,m2cm 裂缝导流能力对累计产量的影响 （360天）,压裂水平井产能影响因素 裂缝位置组合方式对水平井单井产能的影响 相同缝长情况下，取等间距、两端大中间小、两端小中间大3种 情况对产量进行模拟 。,不同的裂缝间距组合对水 平井的累计产量有较大影响。,6930000,6970000 6960000,累 计,产 6950000 量, m3 6940000,外部的裂缝间距
